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Title in Portuguese: Avaliação da biossíntese de 2-feniletanol por Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 em suco de caju
Author: Costa, Fernando Kahrin Cardoso da
Advisor(s): Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Co-advisor(s): Macedo, André Casimiro de
Keywords: Engenharia química
Caju
Leveduras
Biomoléculas
Biotecnologia
Aromatic compound
Bioprocess
Yeasts
Cashew apple
Issue Date: 9-Mar-2018
Citation: COSTA, F. K. C. da. Avaliação da biossíntese de 2-feniletanol por Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 em suco de caju. 2018. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O caju (Anacardium occidentale L.) é uma fruta nativa da América tropical, cujo processamento para obtenção da castanha gera um desperdício de cerca de 90 % de pedúnculos, os quais são descartados como subproduto agrícola. Tendo em vista a rica composição nutricional, o pedúnculo do caju pode ser utilizado como substrato para a produção de biomoléculas, como o 2-feniletanol (2-FE), por exemplo. O 2-FE é um composto aromático que possui um odor característico de rosas e pode ser utilizado como aditivo nas indústrias de alimentos, cosméticos e perfumarias. Esse aroma pode ser produzido a partir de extratos naturais de rosas e por síntese química, no entanto, essas duas rotas de produção trazem problemas quanto ao custo de extração e quanto aos subprodutos tóxicos formados pela síntese química. Devido a esses obstáculos, a via biotecnológica para a produção de 2-FE vem sendo estudada pela comunidade científica e tem se mostrado uma rota promissora. A bioconversão do 2-FE é fortemente influenciada pelas condições de operação, principalmente pela suplementação do meio com L-fenilalanina (L-Phe) e pela composição do meio de cultivo. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo avaliar a biossíntese de 2-FE por Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 utilizando o suco de caju extraído dos pedúnculos. Neste trabalho, o suco de caju in natura na concentração de 131 ± 5,7 g.L-1 de glicose + frutose, e duas concentrações do suco diluído de 106 ± 1,2 g.L-1 e 74 ± 2,8 g.L-1, foram avaliadas para produção de 2-FE. Foi também realizado um estudo de batelada alimentada com adição de 50 g.L-1 de glicose em 12; 24 e 48 horas. Os melhores resultados ocorreram quando o cultivo foi conduzido utilizando o suco in natura (131 ± 5,7 g.L-1 de glicose + frutose), no qual foi possível obter uma máxima produção de 0,84 g.L-1 de 2-FE, rendimento do produto (𝑌𝑃/𝑆) de 0,0066 g.g-1 e uma produtividade volumétrica de (QP) 0,0116 g.L-1.h-1. No estudo de batelada alimentada, a produção de 2-FE foi de 0,86 g.L-1, a qual não apresentou diferença significativa em relação ao estudo anterior. Em seguida, utilizando o suco in natura, foi realizado um estudo sobre o efeito da suplementação com diferentes concentrações de L-Phe (1,0; 3,0; 4,0 e 10,0 g.L-1). Nesta fase do estudo, os resultados foram semelhantes para as concentrações de 3,0; 4,0 e 10,0 g.L-1 de L-Phe no meio, não apresentando diferenças significativas na produção do metabólito (p>0,05). Diante dos resultados, a concentração de açúcares no suco de caju demonstrou ser importante na produção de 2-FE, assim como a concentração inicial de L-Phe. Os resultados mostram que o suco de caju é um meio de cultivo, não convencional, apropriado para a bioprodução de 2-FE por K. marxianus ATCC 36907.
Abstract: Cashew (Anacardium occidentale L.) is a native fruit from tropical America, which processing to obtain the cashew apple nuts produces a waste of about 90 % of the cashew apple, which is discarded as an agricultural byproduct. Considering the rich nutritional composition, the cashew apple can be used as a substrate for the production of biomolecules, such as 2-phenylethanol (2-PE). 2-PE is an aromatic compound that has a characteristic rose odor and can be used as an additive in the food, cosmetics and perfumery industries. This aroma can be obtained by natural extracts from roses and by chemical synthesis, however, these two production routes bring problems as extraction cost and the toxic by-products formed by the chemical synthesis. Due to these obstacles, biotechnology pathway for 2-PE production has been studied by the scientific community and has shown a promising route. The bioconversion of 2-PE is strongly influenced by the operating conditions, mainly by the supplementation of the medium with L-phenylalanine (L-Phe) and the composition of the culture medium. In this context, the aim of this study is to evaluate the biosynthesis of 2-PE by Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 using cashew apple juice as a substrate. In this work, fresh cashew apple juice at the concentration of 131 ± 5.7 g.L-1 of glucose + fructose, and two diluted concentrations of cashew apple juice of 106 ± 1.2 g.L-1 and 74 ± 2.8 g.L-1 were evaluated for 2-PE production. It was also carried out a fed-batch study with the addition of 50 g.L-1 of glucose in 12; 24 and 48 hours. The best results occurred when the culture was conducted using fresh cashew apple juice (131 ± 5.7 g.L-1 of glucose and fructose), with a maximum 2-PE production of 0.84 g.L-1, product yield (𝑌𝑃/𝑆) of 0,0066 g.g-1 and productivity of (QP) 0,0116 g.L-1.h-1. In the fed-batch study, the 2-PE production was 0.86 g.L-1, which did not a present significant difference in relation to the previous study. Furthermore, the effect of supplementation with different L-Phe concentrations (1.0; 3.0; 4.0 and 10.0 g.L-1) was evaluated using fresh cashew apple juice. In this study stage, the results were similar for 3.0; 4.0 and 10.0 g.L-1 of L-Phe concentration in the medium, showing no significant differences in the metabolite production (p>0.05). Considering these results, sugar concentration in the cashew apple juice was shown to be important in 2-PE production, as well as the initial concentration of the precursor L-Phe. Finally, these results show that cashew juice is an unconventional culture medium suitable for the bioproduction of 2-FE by K. marxianus ATCC 36907.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/41066
metadata.dc.type: Dissertação
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